JP2005505022A - Wavelength selective optical switch - Google Patents

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Abstract

入力光信号が二つの角度をつけて向けられた平面において波長分散され、かつ偏光分割される波長選択スイッチである。各ピクセルが個別の波長チャンネルにおいて作動するように波長分散方向に沿ってピクセル処理された、例えば液晶偏光変調器のような偏光回転装置が当該ピクセルに付与された制御電圧に従ってピクセルを通過している光線信号の偏光を回転させる。次いで、偏光変調された信号が、それぞれ入力信号を分散させ、かつ分割させるために使用されたような類似の分散および偏光結合要素によって波長再結合、および偏光再結合される。出力信号の方向は特定の波長チャンネルの偏光が偏光変調器のピクセルによって回転させられたか否かによって決まる。このように、ＷＤＭスイッチ用途に使用することができる高速で波長依存型の光スイッチが提供される。A wavelength selective switch in which an input optical signal is wavelength-dispersed and polarization-divided in a plane directed at two angles. A polarization rotator, such as a liquid crystal polarization modulator, is pixel processed along the chromatic dispersion direction so that each pixel operates in a separate wavelength channel, and passes through the pixel according to a control voltage applied to the pixel. The polarization of the light signal is rotated. The polarization-modulated signal is then wavelength recombined and polarization recombined by similar dispersive and polarization combining elements, such as those used to disperse and split the input signal, respectively. The direction of the output signal depends on whether the polarization of a particular wavelength channel has been rotated by the polarization modulator pixel. Thus, a high-speed, wavelength-dependent optical switch that can be used for WDM switch applications is provided.

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に光通信ネットワークにおいて使用するために、光線を空間的に選択偏光回転させることによって、情報を運ぶ光線の波長に従って光信号を切り替える装置の分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報の高速の全光学的切替えは、必要とされる速度は個々のチャンネルの速度であって、ネットワークのスループット（処理量）の速度ではないネットワークの入力および出力端子に対してのみより遅い電子機能を取っておくことができるようにする近代的な光通信システムの本質的な要素である。ＷＤＭシステムにおいては。情報は転送されている特定の光信号の波長に従ってその発生源および行き先に対して分離され、従ってそのようなシステムにおいて使用するスイッチはその波長に従って自動的に各信号を通すことができなければならない。
【０００３】
その全体を参考のために本明細書に組み込まれている「周波数分散要素、偏光分散要素、および偏光変調要素を採用した周波数選択光スイッチ」という名称でジェイ・エス・パテル（Ｊ．Ｓ．Ｐａｔｅｌ）他に対して発行された米国特許第５，４１４，５４０号に記載されているようなもの、および当該特許において引用された引例に記載の装置のような、この機能を実行するための従来技術による装置が多数存在している。しかしながら、これらの装置の殆どが、それらが構成、あるいは整合するのが複雑であり、あるいは高価な構成部品を利用という点で一つ以上の欠点を有している。例えば、上記米国特許第５，４１４，５４０号に記載のスイッチは、上記特許の図１１に示されているように、その入力側において、波長分散要素（図示せず）、例えば複屈折結晶のようなビーム偏光を偏移させる偏光分散要素、二分の一波長板要素、集光要素、別の複屈折結晶のような別の偏光分散要素、およびセグメント化した液晶偏光変調器を含んでいる。出力側にも同数の構成要素が必要とされる。図１−図４に示す実施例において、入力要素は入力ビームに対して特定の偏光方向を提供する偏光整合要素（図示せず）と、波長分散要素と、集光要素と、例えば複屈折結晶のような偏光偏移要素、およびセグメント化した液晶偏光変調器を含む。更に、同じ構成要素が出力側においても必要とされる。そのようなスイッチは、その実施例のいずれにおいても、多数の構成要素を含み、従って構成が複雑である。
【０００４】
従って、一般に市販されている現在の装置のそれよりも少ない数の個別の構成要素を採用した簡単な波長選択光スイッチに対する要求が存在している。
【０００５】
本節および明細書のその他の節において述べている刊行物の各々の開示も参考のために全体的に各々本明細書に組み込まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、構造が簡単で、使用する構成要素部品が少なく、従って以前から市販されているスイッチの欠点のあるものを克服する新規な波長選択光スイッチ装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本発明の好適実施例によれば、入力光信号が二つの角度をつけて向けられた平面、好ましくは垂直の平面において空間的に波長分散され、偏光分割される波長選択スイッチが提供される。波長分散は回折格子によって、偏光分割は偏光ビームスプリッタによって実行されることが好ましい。各ピクセルが個別の波長チャンネルにおいて作用するように波長分散方向に沿ってピクセル処理された液晶の偏光変調器のような偏光回転装置が、当該ピクセルに付与された制御電圧に従って、各ピクセルを通過する光信号の偏光を回転させるよう作用する。次いで、偏光変調された信号は入力信号をそれぞれ分散し、分割するために使用されたものと類似の拡散要素および偏光組み合わせ要素によって波長が組み直され、かつ偏光が組み直される。その結果得られた信号出力の方向は特定の波長チャンネルの偏光が偏光変調ピクセルによって回転させられたか否かによって決まる。このように、ＷＤＭスイッチングアプリケーションにおいて使用可能である、高速で波長依存型の光スイッチが提供される。第二の好適実施例によると、偏光変調器の後でスイッチの対称平面において反射面を使用することによって、当該スイッチにおける構成要素の数を著しく、前記第一の実施例の略半分まで減らすことができるようにする。
【０００８】
本発明の別の好適な実施例によると、複数の波長を含む入力ビームを受け取り、該入力ビームを空間的に個別の偏光要素に分割するよう作用する偏光分割要素と、前記入力ビームの偏光分割した成分を受け取り、前記ビームの偏光分割した成分の各々を、該偏光成分が分割される平面に対してある角度をおいて配置された平面においてその波長成分に空間的に分散させるよう作用するは波長分散要素と、各ピクセルが個別の波長に関連付けられるように波長分散方向に沿ってピクセル処理された偏光変調要素であって、該偏光変調要素の各ピクセルがそのピクセルに付与された制御信号に従って、ピクセルを通過するビームの偏光方向を回転させるよう作用する偏光変調要素と、ピクセルに付与された制御信号に従った方向にビームが出力されるように偏光変調の後のビームを波長分散要素および偏光分割要素を通して反射させるよう作用する反射面とを含む波長依存型スイッチが更に提供される。前記偏光変調要素は好ましくは液晶要素でよい。
【０００９】
本発明の更に別の好適実施例によると、複数の波長を含む入力ビームを受け取り、該入力ビームを個別の偏光成分に空間的に分割するように作用する第一の偏光分割要素と、前記入力ビームの偏光分割された成分を受け取り、前記ビームの偏光分割された成分の各々を、該偏光成分が分割される平面に対してある角度をつけて配置された平面において波長成分に空間的に分散させるよう作用する第一の波長分散要素と、各ピクセルが個別の波長に関連付けられるように波長分散の方向に沿ってピクセル処理された偏光変調要素であって、該偏光変調要素の各ピクセルが該ピクセルに付与された制御信号に従ってそのピクセルを通過するビームの偏光方向を回転させるよう作用する偏光変調要素と、ビームの偏光変調された成分を受け取り、それらの波長に関連したピクセルを通過した後波長成分を組み合わせて単一のマルチチャンネルビームにするよう作用する第二の波長分散要素と、単一のマルチチャンネルビームの個別偏光成分を受け取り、偏光成分を組み合わせて単一の出力とするよう作用する偏光組み合わせ要素であって、出力ビームの各波長成分が波長に関連したピクセルに付与された制御信号に従う方向に出力する偏光組み合わせ要素とを含む波長依存型スイッチが提供される。偏光変調要素は好ましくは液晶要素でよい。
【００１０】
本発明の更に別の好適実施例によると、
（ｉ） 少なくとも二つの波長成分からなる入力ビームを受け取る第一と第二のポートを有し、前記入力ビームを個別の偏光成分のビームに空間的に分割するように作動する偏光ビームスプリッタと、
（ｉｉ）個別の偏光成分のビームを受け取り、偏光成分が分割される平面に対してある角度をつけて配置した分散平面において前記各々のビームの波長成分を空間的に分散させるよう作動する分散要素と、
（ｉｉｉ）各ピクセルが個別の波長成分と関連するように分散の方向に沿ってピクセル処理された偏光変調要素であって、該偏光変調要素の各ピクセルがそのピクセルに付与された制御信号に従って該ピクセルを通過する光線の偏光方向を回転させるように作動する偏光変調要素と、
（ｉｖ）光線の各波長成分が波長と関連したピクセルに付与された制御信号に従って前記２個のポートの一方に対して光線の各波長成分が導かれるように偏光変調された後の光線を分散要素および偏光ビームスプリッタを通して反射させるよう作動する反射面と、を順次含む波長依存型スイッチが提供される。
【００１１】
前述のスイッチにおいては、偏光変調要素は好ましくは液晶要素でよい。さらに、前記角度は偏光成分が分割される平面に対して基本的に直角であるようにすればよい。更に、個別の偏光成分は二つの直交成分であることが好ましい。
【００１２】
更に別の本発明の好適実施例によると、前述したようなスイッチであるが、また第一と第二のポートの各々においてサーキュレータを含み、そのためスイッチは波長と関連したピクセルに付与された制御信号に従っていずれかのサーキュレータへ出力するようにいずれかのサーキュレータを通して入力される信号の波長成分を切り替えるように作用するようなスイッチが提供される。
【００１３】
本発明の更に別の好適実施例によると、
（ｉ） 少なくとも二つの波形成分を有する入力ビームを受け取る第一の入力ポートを有し、入力ビームを個別の偏光成分のビームに空間的に分割するよう作動する偏光ビームスプリッタと、
（ｉｉ）個別の偏光成分のビームを受け取り、偏光成分が分割される平面に対してある角度を付けて配置された分散平面において各ビームの波長成分を空間的に分散するよう作動する第一の分散要素と、
（ｉｉｉ）各ピクセルが個別の波長成分と関連されるように分散方向に沿ってピクセル処理された偏光変調要素であって、該偏光変調要素の各ピクセルが該ピクセルに付与された制御信号に従ってそのピクセルを通過する光線の偏光方向を回転させるよう作動する偏光変調要素と、
（ｉｖ）光線を受け取り、各ビームの個別の波長成分を組み合わせてマルチ波長ビームにするよう作動する第二の分散要素と、
（ｖ） 各マルチ波長ビームを受け取る２個の出力ポートを有し、波長と関連したピクセルに付与された制御信号に従って前記２個の出力ポートの一方に各波長成分が導かれるように偏光成分を結合するよう作動する偏光ビーム結合器とを含む波長依存型スイッチが提供される。
【００１４】
前述のスイッチにおいて、偏光変調要素は好ましくは液晶要素でよい。更に、前記角度は偏光成分が分割される平面に対して分散平面が基本的に直角であるようにする角度であればよい。更に、個別の偏光成分は二つの直交成分であることが好ましい。
【００１５】
本発明の更に別の好適実施例によると、前述したような波長依存型スイッチであって、また第一の入力ポートに対して基本的に直角に配置されている第二の入力ポートを含み、そのため波長に関連したピクセルに付与された制御信号に従っていずれかの入力ポートへ入力された信号の波長成分を出力ポートのいずれかに切り替えるよう作動するスイッチが提供される。
【００１６】
本発明は添付図面と関連して読むと、以下の詳細説明からより完全に理解され、かつ認識される。
【実施例１】
【００１７】
本発明の第一の好適実施例に従って構成され、作動する波長選択光スイッチを異なる視野から概略的に示す図１Ａおよび図１Ｂが以下参照される。図１Ａは偏光分割平面として知られている一方の平面から見た本装置の図であり、図１Ｂは第一の平面に対して直角であることが好ましく、波長分散平面として知られている平面から見た同じ装置の図面である。波長選択光スイッチの作動は図１Ａおよび図１Ｂに示す信号通路を同時に参照すれば理解することができる。
【００１８】
光ファイバ１２の端部から平行化された後得られるもののような入力光信号１０はスプリットプリズムＰＢＳとして図１Ａに示されている偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１４中へ入力される。もっともこの機能に対してＰＢＳのその他の好適なタイプのものを使用してもよいことを理解すべきである。ＰＢＳは、入力信号を、好ましくはＰY およびＰZと印を付けている二つの直交した方向に分割するように方向付けられている。但し、ＰYはこの紙面の平面にあり、ＰZは図示実施例においては本図面の平面の外にある。ｘ，ｙおよびｚ軸の位置は図１Ａに定義されている。ｐおよびｓ成分としても一般に知られている信号の二つの偏光成分は図示実施例においては回折格子１６のような分散要素に入射する。この格子は種々の波長λ1、λ2、λ3、・・・λnをそれらの波長に従って種々の方向に分散させるよう作用する。格子は、図１Ｂの平面において示されている波長分散方向が好ましくは図１Ａの平面において示されていり偏光分割方向に対して垂直であるように整合されている。このように、光信号はいまや好ましくは相互に対して直角である二つの異なる平面において波長分散され、かつ偏光分割される。図１Ａおよび図１Ｂに示す実施例における格子は透過格子であるが、当該技術分野の専門家には、それらの一方あるいは双方とも同等に反射格子としうることも理解される。同様に、以下説明する図２Ａおよび図２Ｂに示す実施例においては、単一の格子を反射格子としうる。
【００１９】
信号の分散された成分は次いで、回折格子からの有効焦点距離に等しい距離に位置されたレンズ１８によって、スイッチによって導かれるべき各波長チャンネルに対して１個であるピクセル２４，２６，２８．．．に分割される、例えば液晶装置のようなピクセル処理した偏光回転要素２０上に結像される。各々の分散された波長範囲からの光線は図１Ｂに示されているように本液晶装置の個別のピクセル上に結像される。判り易くするために、図１Ｂには二つの分散された波長のみが示されているが、ピクセルがある数だけ多くの波長チャンネルがありうることを理解すべきである。図１Ａは側方から見たスイッチの図を示しており、従って波長λ1の信号を搬送している１個のみのピクセル２４が示されている。Ｐz方向およびＰy方向において偏光を有している成分は双方共ピクセル２４を通過するが、それらは横方向には相互からずれている。ピクセルは、受動的なマトリックス液晶アレイ技術において知られているように、液晶の面における透明電極のアレイを通して付与された制御電圧Ｖによって切り替えられる。代替的に、液晶アレイは、個々の薄膜トランジスタが各々の個々のピクセルに対して駆動電流を提供する、能動的なマトリックスタイプであることが好ましい。
【００２０】
液晶装置２０を通過した後、光信号は、第一の格子１６と特性的に類似である別の分散格子２２上に第二の集光レンズ３０によって結像されることが好ましい。本発明の好適実施例によると、偏光回転要素は、全体組立体が最適な光学的性能のために４−ｆ構成を有するように、集光レンズ１８の後焦点面およびレンズ３０の前焦点面に位置することが好ましい。依然として偏光分散平面において二つの偏光成分に空間的に分割されているものの、格子３２はそれぞれの波長分散方向から到来する種々の波長λ１、λ２、λ3,・・・λnを波長分散平面において単一のビーム通路３４中へ再結合する働きをする。次いで、これらの偏光成分は偏光ビーム結合器（ＰＢＣ）３６中へ入力され、そこで偏光成分は再結合されて出力信号４２を形成し、この出力信号は平行にされ、切り替えられた後、先へ伝送させるようファイバ４４中へ入力させることができる。
【００２１】
スイッチは液晶装置のピクセルを活性化することによって作動する。ピクセルに必要な制御電圧Ｖを付与することによってそこを通過している偏光が回転するようにし、一方、液晶のピクセルを非活性化することによってその偏光を不変のままとして信号が通過できるようにする。このように、図１Ａの好適実施例に示されているように、波長チャンネルλ1 に対する液晶装置２０の関連ピクセル２４が付勢されていないと、偏光Ｐy とＰz とは回転せず、再構成された信号が偏光ビーム結合器３６からファイバ４４中へ出力される。判り易くすくするために、出力ファイバ４４は図面の面の外に位置されているので、図１Ｂには示されていない。たとえ出力ビーム４２の二つの成分の偏光は液晶によって変化していなかったとしても、出力ビーム４２は入力ビーム１０の偏光に対して直角に導かれることに注目すべきである。これはビームを２個のレンズによって液晶装置２０を通して集光させ、前記ビームの二つの横方向に偏位した偏光成分が交差し、従ってそれらの相互位置を変化させ、そのため二つの成分がそれらの偏光があたかも液晶によって回転させられたがごとく挙動することの結果によるものである。
【００２２】
しかしながら、もしも液晶装置２０のピクセル２４が双方の偏光に対して位相変化πを導入するような要領で付勢されたとすれば、偏光Ｐy およびＰz が、Ｐy がＰz になり、偏光Ｐz がＰy になるように回転する。偏光ビーム結合器３６において再結合され、結像レンズであるためビームの交差を考慮に入れると、その結果得られた信号は入口方向に対して平行の方向３８に出ていき、したがって第二の出力ファイバ４０に入力する。
【００２３】
従って、前述の光学配置は、液晶ピクセル２４を切り替えることによって、二本の光ファイバ４０，４４の一方へ波長λ1 の入力信号１０を導くことのできる１Ｘ２光スイッチ装置として挙動する。前記スイッチの作動方向を反転させることによって、それは２Ｘ１スイッチとして作動し、ファイバ４０および４４のいずれかに対する入力が液晶ピクセルのセッティングに従って入力ファイバ１２まで導かれることが理解される。
【００２４】
図１Ｂにおける各波長チャンネルはそれ独自の液晶ピクセルを有しており、それらを切り替えることによりその波長の光線が出力ファイバの一方あるいは他方へ入力されるようにする。このように、前記スイッチは液晶装置の各種の波長が指定されたピクセルに付与される制御電圧の切り替えルーチンによって、それらの波長に従って、光情報の波長分離のパケットを種々の通路中へ導くことができる。
【００２５】
本発明によるスイッチの新規な構成および作動によって、格子あるいはＰＢＳにおいて存在するかもしれないいずれかの残存する偏光依存損失の他に、本スイッチを本質的に偏光依存型としうることは注目されるべきである。このような特徴は、光ファイバによって伝送される信号の偏光が周知のように全体的に無作為化されるので、光ファイバシステムにおいて使用する上で重要である。この偏光依存性の理由は、入力信号の偏光方向とは無関係に、ＰＢＳへの入力１０において、いずれの入力信号も、ＰＢＳの方向に対して、Ｐy およびＰz に対して平行の偏光方向を有する二つの直交成分に分割することが可能で、各成分は当該波長に対する液晶ピクセルの状態に従って、出力４２あるいは３８に個別に切り替えられるか、あるいは切り替えられない。これらの二つの偏光成分を結合し直すと、元の信号は再現される。もしも、入力信号の偏光方向が偶然Ｐy およびＰz に対して正確に平行であるとすれば、偏光の一成分のみを有する光線がスイッチを横断することが理解される。
【００２６】
本発明の別の好適実施例によれば、第二の入力ファイバ５０が偏光ビームスプリッタ１４に直角に位置する入力ポートに配置されている。第二の入力ファイバ５０からの入力信号４８は、偏光ビームスプリッタ１４を通過した後、偏光が図１Ａに示すものから反転されている。このように、図１Ａに示す上側の通路はＰy 偏光方向を有しており、一方下側の通路はＰz 偏光方向を有している。従って、液晶装置を通ると、ファイバ１２からの入力信号に対する作用とは逆に、ピクセルを付勢させるとファイバ５０からの入力信号をファイバ４４へ送り、前記ピクセルを付勢させないと信号をファイバ４０へ導く。従って、この好適実施例は２Ｘ２光スイッチネットワークとして作動する。そのようなスイッチをカスケード化することによって大型のスイッチネットワークを構成することができる。前記の説明の全てから明らかなように、本発明によるスイッチの能力の中の極一部を使用することによって、２Ｘ１、１Ｘ２あるいは１Ｘ１スイッチも構成することが可能となり、最後に述べたスイッチはチャンネルブロッカとして有用である。
【００２７】
本発明の更に別の実施例によると、偏光依存損失（ＰＤＬ）を最小とするために、液晶装置２４の近傍で二分の一波板２２を挿入することができる。そのような二分の一波長板は、そこを通過する光線の偏光を９０度に亘り回転させ、そのため図１Ａに示す例においては、偏光Ｐｙ はＰz に、あるいはその逆に変換される。従って、スイッチシステムも左側部分を移動する間、すなわち二分の一波長板と衝突する前に入射光が受ける偏光依存損失における何らかの差異は、直交方向に偏光される成分の偏光方向が交換され、かつスイッチが概ね左右対称であるので、スイッチシステムの右側部分を通過する間に補正される。二分の一波長板を通過した後、偏光方向が反転されるので、非付勢のピクセルの出力側がポート４０となり、付勢されたピクセルに対してはポート４４となることに注目すべきである。代替的に、好ましくは、例えばファラデイ回転器のような、偏光方向を１８０度回転させるその他のいずれかの偏光回転要素をこの目的に対して二分の一波長板の代わりに使用することができる。
【００２８】
さて、本発明による更に別の二好適実施例に従って構成され、作動する波長選択光スイッチを概略的に示す図１Ｃおよび図１Ｄを参照する。図示したスイッチは１Ｘ２あるいは２Ｘ１スイッチとして使用するよう、図１Ａおよび図１Ｂに示すものを簡素化した実施例である。図１Ｃに示す実施例においては、マルチ波長入力信号１０が単一の入力ファイバ１２を通して付与され、入力ＰＢＳ１４によって直交する偏光成分Ｐy およびＰz に分割される。二分の一波長板１５がＰＢＳの一方の出力側に位置され、図示実施例においては、Ｐy 成分をＰz 方向に回転させるよう作用する。このように、図示実施例においては、偏光分割チャンネルの双方は今では同じ偏光方向Ｐz を有している。次いで、これらの成分は分割格子１６を通され、そこで図１Ａおよび図１Ｂの実施例において示すように、分散平面（図示せず）において波長は分散される。しかしながら、前記実施例とは異なり、双方の信号はいまや同じ偏光方向を有しており、このことによって高効率の格子１６の使用を可能とすることにより、図１Ａおよび図１Ｂの前述の実施例に示すものより挿入損失が顕著に低いスイッチアレイを提供する。どの波長の信号の偏光が切り替えられ、どの波長の信号が切り替えられていないかを検出するよう作動する偏光回転装置および波長組み合わせ格子の後で、偏光分割チャンネルの一方がその通路において別の二分の一波長板３３を有し、この実施例においては、Ｐz 偏光成分をＰy 偏光成分に回転して戻し、そのため出力ＰＢＳ３６は、液晶装置の関連ピクセルの状態に応じて通路３８または４２に沿って各信号を検出された出力側まで導くことができる。スイッチの双方の偏光分散平面における光線の偏光は同一であるので、図１Ａおよび図１Ｂの実施例において示されたように偏光依存損失を補正するために二分の一波長板２２を必要とはしない。
【００２９】
図１Ｄに示された実施例は、液晶偏光回転要素が平行の偏光信号に対して作用するようにスイッチが構成されている点において図１Ｃに示された実施例と類似している。しかしながら、図１Ｄの実施例においては、入力信号１２が直交する偏光成分に分割され、該成分の一方は当該技術分野において知られているように、好ましくはその出力ポートの半分に二分の一波長板１７に備えたＹＶＯ4 １３のような複屈折結晶によって双方の成分を平行に持ってくるように回転させられる。そのような装置は統合された形態において、中国、福州のＪＤＳＵ−Ｃａｓｉｘ社を含む数社から市販されており、Ｃ−偏光器としてＣａｓｉｘの名前で知られている。その結果、図１Ｃの実施例において生成されたものと類似であるが、より少ない構成要素を使用してより簡素化され、かつよりコンパクトな光学装置を使用している入力信号の２個の空間的に偏移され、平行に偏光された要素が生成される。この好適実施例による１Ｘ２スイッチの残りのものは図１Ｃの実施例に関連して説明したものと同一である。
【００３０】
本発明の更に別の好適実施例による波長選択光スイッチの更に別の実施例を概略図示している図１Ｅを以下参照する。図１Ｅは、図１Ａの実施例において示すように偏光依存損失（ＰＤＬ）を排除するように液晶要素に近接して単一の二分の一波長長板２２を使用することに伴う欠点を克服する。図１Ａの実施例においては、ＰＤＬは液晶が切り替えられていない限り効果的に補正される。液晶の使用中のピクセルが切り替えられるや否や、光路中へ別の１８０度の位相シフトが導入され、それによって二分の一波長板によって導入された１８０度移相シフトの作用を無効にする。従って、ＰＤＬはスイッチが付勢されるときももはや補正されない。
【００３１】
図１Ｅのスイッチにおいて、入力ＰＢＳ１４を出て行く上側の偏光分割ビームの通路中へ小型の二分の一波長板４１が挿入され、そのため図示例においては、その偏光はＰz からＰy まで回転される。次いで、双方の変更分散チャンネルは同じ偏光方向Ｐy を有し、従って基本的に異なるＰＤＬレベルを発生させることなくスイッチ通路を横断する。出力ＰＢＳ３６において、入力側における二分の一波長板を有するものと同じチャンネル中へ類似の二分の一波長板４３が挿入され、それによって図１Ａに示す元の実施例におけるのと同様に出力するために偏光方向をＰz に復帰させる。双方のビームは同じ偏光方向で、かつその近傍に何ら追加の二分の一波長板なしに液晶を横断するので、液晶ピクセルを切り替えてもチャンネルのＰＤＬ補正に対して何ら作用しない。二つの液晶状態の間の透過における唯一の差異は、ファイバ１２を通る入力の透過効率は双方の格子におけるＰz 挿入損失に関連し、一方ファイバ５０の透過効率は双方の格子に対してＰy 挿入損失に関連しているので、二つの偏光状態に対する格子の効率の差異によって発生する差異である。この差異はＰＤＬの差異よりもはるかに小さい。
【００３２】
以下説明する全ての実施例においても同様であるが、図１Ｃから図１Ｅまでに示す好適実施例に対して、図面は偏光分割平面のみの図を示すことを述べる必要がある。それは、これらの実施例が図１Ａに示すものと相違するのは主としてこの点についてであるからである。しかしながら、図１Ｃから図７までの各図面について、図１Ｃから図７までに示す偏光分割平面に対して全体的に直角である角度で指向されている図１Ｂに示すものと類似である対応する波長分散平面がまた存在することも理解すべきである。
【実施例２】
【００３３】
本発明の更に別の好適実施例に従って構成され、かつ作動する反射式波長選択光スイッチを概略図示する図２Ａおよび図２Ｂを以下参照する。図２Ａは偏光分割平面から本装置を見た図であり、図２Ｂは波長分散平面から見た同じ装置の図である。図２Ａおよび図２Ｂの実施例において、液晶装置２０の後ろに反射面６０が追加されており、そのためビームの偏光された成分がそれらの入射通路に沿って戻される。このように、この実施例は、構造を簡素化し、かつ使用構成要素の数を更に減少させるために、偏光回転要素の各側において本装置の対称形が使用されている点を除いて図１Ａおよび図１Ｂの実施例と構造が類似である。図２Ａおよび図２Ｂの実施例において、反射面６０は個別の装置として示されているが、別の実施例によれば、反射面は液晶装置２０の裏側に付着させることが可能である。図２Ａおよび図２Ｂの実施例における他の構成要素に図１Ａおよび図１Ｂにおけるものと同じ参照数字が付されているが、一般に、入射信号については図１Ａおよび図１Ｂにおけるものと基本的に同一の機能を有している。更に、出力信号に関しては、液晶装置２０を通過した後で、図２Ａおよび図２Ｂに示す反射面６０から反射された後、これらの要素は図１Ａおよび図１Ｂに示す液晶装置２０を透過した後の図１Ａおよび図１Ｂの出力信号の機能と均等の機能を有している。このように、例えば、回折格子１６は入力信号を波長分散し、および出力信号を波長結合することとの双方に対して作用する。同様に、単一の結像レンズ１８は格子１６からの入力信号を液晶要素２０の平面上に結像し、液晶要素の平面からの出力信号を格子１６上に共焦点的に結像する。
【００３４】
入力信号の偏光ビームスプリッタ１４はまた、出力信号のための偏光ビーム結合器としても作用する。しかしながら、図１Ａおよび図１Ｂの実施例とは異なり、入力および出力信号は双方ともこの同じ要素を通過するので、入力および出力ファイバの双方ともこの要素に接続する必要があり、出力信号から入力信号を分離する手段が設けられている。このことは、図２Ａおよび図２Ｂに示す実施例においては偏光ビームスプリッタ／結合器１４のポートにおいてサーキュレータ５４および５６を追加することにより達成される。サーキュレータ５６は図面の面に対して垂直に、かつ偏光ビームスプリッタ／結合器１４の下に位置しているので図２Ｂにおいては示していない。
【００３５】
切り替えを所望する波長を有する信号はファイバ１２からサーキュレータ５４のポートＡに入力される。図２Ａの好適実施例に示すサーキュレータの伝播方向は反時計方向であるので、信号はポートＢのファイバにおいてサーキュレータを出て、ファイバの端部においてレンズによって平行にされ、偏光ビームスプリッタ／結合器１４へ入る。特定の波長チャンネル、例えば図示実施例においてはλ1 に対して、もしもそのチャンネルに対するピクセル２４が付勢されていないとすれば、信号の成分の偏光は不変のままであるが、液晶装置のピクセル上への結像工程のために偏光成分の位置は切り替えられるので、反射および偏光の再結合の後信号はサーキュレータ５６のポートＢまで戻り、サーキュレータは次いでポートＣを介して信号を出力ファイバ５８に出力する。他方、もしも波長チャンネルλ1 に関連したピクセル２４が付勢され、π／２の位相差異を発生させるとすれば、信号はその偏光成分を反転させており、その結果偏光ビームスプリッタ／結合器１４において結合し直された後、コリメーションレンズによって集光されサーキュレータ５４のポートＢに出力され、そこからポートＣへ、そしてファイバ５２に出力される。このように、波長λ1 を有するファイバ１２における入力信号はピクセル２４の制御電圧のセッティングに従って出力ファイバ５８と５２との間で切り替えることができる。同様に、分散要素１６の範囲内でのその他のいずれの波長も液晶装置２０の適当なピクセル２４，２６，２８、・・・・に付与された制御電圧によって切り替えることができる。
【００３６】
本発明の別の好適実施例によると、第二の入力ファイバ５０がサーキュレータ５６の入力ポートＡに配置されており、その信号をポートＢから偏光ビームスプリッタ／再結合器１４に入力する。スイッチを通して往復通信から戻ると、信号は、もしも関連のピクセルが付勢されていないとすれば、ファイバ５２へ、もしもピクセルが付勢されているとすれば、ファイバ５８へのいずれかに導かれる。従って、図１Ａおよび図１Ｂの実施例と同様に、この実施例も２Ｘ２光スイッチネットワークとして使用することができる。
【００３７】
本発明の更に別の実施例によると、図２Ａおよび図２Ｂの実施例に示すサーキュレータの代わりに複式ファイバコリメータを使用することによって、入力信号と出力信号とを分離させることができる。そのような実施例が図３に示されており、そこではＰＢＳに対する入力側のみが示されている。２Ｘ２スイッチネットワークの第一のチャンネルは入力ファイバ６６と出力ファイバ６７とを備えた複式ファイバコリメータ６２を有している。２Ｘ２スイッチネットワークの第二のチャンネルは入力ファイバ６８と出力ファイバ６９とを備えた複式ビームコリメータ６４を有している。それ以外スイッチの作動は図２Ａおよび図２Ｂに示すように、サーキュレータを使用したものと類似である。
【００３８】
本発明の別の好適実施例によれば、図２Ａおよび図２Ｂに示す反射スイッチのＰＤＬを減少させるために、偏光変調要素２４に対して並置させて四分の一波長板２３を追加することができる。ビームはこの四分の一波長板を通して２回横断するので、その作用は図１Ａおよび図１Ｂに関して前述したように、二分の一波長板２２のそれと同じである。代替的に、例えばファラデイロテータのような９０度だけ偏光方向を回転させるその他のいずれかの偏光回転要素を四分の一波長板の代わりにこの目的のために使用することができることが好ましい。
【００３９】
本発明の更に別の実施例によるマルチチャンネル波長選択スイッチモジュールを概略図示する図４Ａを以下参照する。図４に示す実施例は、一対の２Ｘ２スイッチが一方の上に他方が重ねられており、共通の分散要素７０、但し個別の集光レンズ７２，７３，７４，７５および共通の波長結合要素７８を利用することが好ましいこと以外は図１Ａおよび図１Ｂに示す実施例と類似である。各スイッチは、２個のスイッチに対して独立した作動を可能とするために独自の液晶アレイ７６，７７を利用している。このように、そのような実施例はよりコンパクトで、経済的な構成要素の装置を単一のパッケージにおいて構成できるようにする。代替的に、単一の要素の２個の「部分」７６，７７となるものを接合している点線で指示するように単一の液晶アレイを使用しうることが好ましい。
【００４０】
本発明の波長選択スイッチモジュールの別の好適実施例を概略図示する図４Ｂを以下参照する。図４Ｂに示すスイッチアレイは、単一のファイバコリメータの代わりに、各入力および出力側において、マルチファイバコリメータが使用されていることを除いて、図１Ａあるいは図４Ａのマルチチャンネル実施例の半分において示すものと類似である。図４Ｂに示す好適実施例において、コリメータのコリメータレンズの前方にある同じフェルールにおいて３本のファイバを有することにより構成されるトリプルファイバコリメータ７９が示されている。そのような実施例によりスイッチが、当該技術分野で既知のように、チャンネル冗長性をもたせた切り替え能力を提供するのに有用である多重並列波長選択スイッチとして作用できるようにする。そのような多重並列の適用が図４Ｂに示す切り替え用途のために示されているが、透過性あるいは反射性であるか否かを問わず、かつ単一のスイッチあるいはスイッチの重ねられたアレイとして構成されるか否かを問わず、本明細書において説明したその他の実施例に示すスイッチ用途のいずれにおいても利用可能であることを理解すべきである。
【００４１】
本発明の別の好適実施例による別のマルチチャンネル波長選択スイッチの概略図である図５を以下参照する。このスイッチは、共通の集光レンズ８０，８２並びに個別のスイッチの双方にける波長チャンネル全てに供される単一の液晶アレイ８４が使用されている点で図４Ａに示すものと相違している。このことによってスイッチに使用される構成要素の経済性を更に高めることができる。
【００４２】
図４Ａ、図４Ｂおよび図５の透過性実施例において示すように、スイッチの積み重ねは図２Ａおよび図２Ｂに示す反射性の波長選択スイッチの実施例においても実行可能である。そのような積み重ねられたスイッチモジュールが図６に示されており、そこではスイッチの作動要素のあるもの、例えば格子９０と反射液晶要素９４とが共通である。反射液晶の平面における平坦形状を保持するために、個別の集光レンズ９２，９３が必要とされる。信号を入力および出力するために透過性実施例におけるように、個々の偏光ビームスプリッタ９６，９８が使用されている。図６に示す反射性スイッチアレイの好適実施例において、各チャンネルの入力および出力ビームは図３に示すように、複式のファイバコリメータ９５によって分離されており、サーキュレータが使用されている図２Ａおよび図２Ｂに示すものとこれらの実施例のこの好適な局面との差異を示している。そのような積み重ねスイッチモジュールはまた、図４Ａに示す実施例と同様に構成要素を共通にして要素を少なくして構成することができることを理解すべきである。
【００４３】
本発明の更に別の実施例による、別の反射性マルチチャンネルの波長選択スイッチを概略図示する図７を以下参照する。このスイッチは、集光レンズ１０２も双方のチャンネルに対して共通である点において図６に示すものと相違する。本実施例において正確な反射作用を達成するために、液晶要素１０４と関連した反射面１０６はレンズ１０２の焦点距離と等しい曲率半径を有する凹型形状に構成することによって、前記レンズによって反射面に集光されたいずれのビームも入射通路に沿って戻されるようにすることが好ましい。各チャンネルに対してこのことが独立して発生するように正確な光入射角を保持するために、入射および受光装置として作動しているＰＢＳ９６，９８は、レンズ１０２を通して屈折した後、入射ビームが正確な角度で凹型の反射面１０６上に導かれ、空間的に相違する位置において衝突するような角度をつけて整合させる必要がある。もしもＰＢＳが軸線方向に整合するとすれば、ビームは基本的に同じ点において集光され、液晶要素１０４によって独立して制御することはできない。
【００４４】
図７に示す好適実施例において、格子１００はＰＢＳ９６，９８が図７に示す位置に位置されている透過性格子として示されている。代替的に、反射性格子を使用しても良く、その場合ＰＢＳは各チャンネルの入力ビームおよび出力ビームが矢印１８、１０９によって指示する方向に沿って導かれるように位置されることが好ましい。
【００４５】
本発明の前述した実施例において、ピクセルは電圧が付与されて該ピクセルが偏光方向を回転させると付勢され、あるいは電圧が付与されないと付勢されなくて、横断する光線の偏光は何ら影響されないものとして説明されている。実際には、この説明は理想的な説明であり、それは一般に、たとえ何ら駆動電圧が付与されなくても、液晶材料の基本的な複屈折性のため、横行する光線信号には若干の偏光回転があるからである。従って、一般に、非付勢状態とは、たとえその状態が当該要素に対して電圧の付与を必要としたとしても、ｎがゼロを含まない整数であるとして２ｎπの偏光回転が得られる場合に提供される状態を意味するものと理解される。そして、当該要素を付勢させるに要する「電圧」は非付勢状態と付勢状態との間で必要とされる電圧の差である。更に、ある要素を切り替えるために要する電圧は切り替えられつつある光線の波長の関数であり、従って、スイッチ制御装置はそのピクセルを横断している光線の波長に従って各ピクセルに正確な切り替え電圧を供給するようにプログラム化されることが好ましい。
【００４６】
図１Ａ，図１Ｂ，図２Ａ，および図２Ｂにおいて、液晶要素を通しての集光作用を示すために、光線ビームはスイッチの分散限界内のみで有限の幅を有するものとして示されている。ＰＢＳを含む入力および出力要素の通過については、判り易くするためにビームは該ビームの中心のみを通る一本の線で描いている。ここのように、ビームの幅は分散要素を通過するときに変化するものと図面から理解すべきという意味ではない。
【００４７】
偏光回転要素として液晶要素を使用して波長選択スイッチの前記好適実施例を説明してきたが、本発明は当該技術分野において既知のその他いずれか適当なタイプの制御された偏光回転要素も使用しても同等に作動可能であることが理解される。同様に、波長分散要素として格子が使用されてきたが、本発明はいずれかその他のタイプの波長分散要素を使用しても同等に作動可能であることが理解される。同様に、光信号のための入力および出力手段を代表するものとして光ファイバを示してきたが、これは光情報を転送するには最も一般的な媒体であるということであって、本発明はこのタイプの入力および出力手段に限定される意図でないことが理解される。
【００４８】
当該技術分野の専門家には、本発明は特に先に示し、かつ説明してきたものに限定されないことが認められる。むしろ、本発明の範囲は前述した各種の特徴の組み合わせおよび細部組み合わせ、並びに当該技術分野の専門家には前記の説明を読めば思い当たるものであり、かつ従来技術に含まれていないそれらの変更や修正も包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１Ａ】本発明の第一の好適実施例に従って構成され、かつ作用する波長選択光スイッチの異なる図面を概略的に示し、偏光分割平面から見た本装置の図面である。
【図１Ｂ】図１Ａの装置と同じ装置を、偏光分割平面に対して直角に波長分散平面から見た図面である。
【図１Ｃ】１Ｘ２スイッチとして、あるいは反対方向に使用される場合２Ｘ１スイッチとして使用できるように、図１Ａおよび図１Ｂに示す２Ｘ２スイッチを簡単に適合している例を概略的に示す。
【図１Ｄ】１Ｘ２スイッチとして、あるいは反対方向に使用される場合２Ｘ１スイッチとして使用できるように、図１Ａおよび図１Ｂに示す２Ｘ２スイッチを簡単に適合している例を概略的に示す。
【図１Ｅ】偏光依存損失がスイッチのいずれかの位置に対して補正されている、本発明の別の好適実施例に従った波長選択光スイッチの更に別の実施例を概略的に示す。
【図２Ａ】スイッチのサイズと複雑さとを低減するために反射面を使用している、本発明の別の好適実施例に従って構成され、かつ作動する波長選択光スイッチを概略的に示す。
【図２Ｂ】スイッチのサイズと複雑さとを低減するために反射面を使用している、本発明の別の好適実施例に従って構成され、かつ作動する波長選択光スイッチを概略的に示す。
【図３】図２Ａおよび図２Ｂに示す実施例における入力／出力装置として複式ファイバコリメータの使用を概略的に示す。
【図４Ａ】共通の分散要素を使用した、本発明の更に別の好適実施例による、積み重ねられた、マルチチャンネルの波長選択スイッチを概略的に示す。
【図４Ｂ】マルチ入力および出力ファイバが同じ光学要素を使用している、マルチ入力および出力を備えた、多重並列波長選択スイッチを概略的に示す。
【図５】図４Ａに示すものと類似であるが、共通の焦点レンズと共通の液晶要素をまた使用している、本発明の更に別の好適実施例による積み重ねられた、多重並列チャンネル波長選択スイッチを概略的に示す。
【図６】共通の回折格子、焦点レンズおよび液晶要素を使用している、本発明の更に別の好適実施例による、積み重ねられた、マルチチャンネルの、反射式波長選択スイッチを概略的に示す。
【図７】図６に示すものと類似であるが、双方のチャンネルに対して共通の焦点レンズをまた使用している反射性波長選択スイッチを概略的に示す。
【符号の説明】
【００５０】
１０ 入力光信号
１２，５０ 光ファイバ
１４，３６ 偏光ビームスプリッタ
１５，２２、３３，４１ 二分の一波長波
１６、３２ 回折格子
１８，３０ レンズ
２０ 偏光回転要素
２２ 二分の一波長板
２３ 四分の一波長板
２４，２６，２８ ピクセル
４０、４４，５０、６６，６７ 光ファイバ
４２，４８ ビーム
５４，５６ サーキュレータ
６０ 反射面
６２ 複式ファイバコリメータ
７０ 分散要素
７２，７３，７４，７５ レンズ
７６，７７ 液晶アレイ
７８ 結合要素
７９ トリプルファイバコリメータ
８０，８２ レンズ
８４ 液晶アレイ
９０ 格子
９２，９３ レンズ
９４ 液晶要素
９５ コリメータ
９６，９８ ビームスプリッタ【Technical field】
[0001]
The present invention relates to the field of devices for switching optical signals according to the wavelength of a light beam carrying information by spatially selective polarization rotation of the light beam, particularly for use in optical communication networks.
[Background]
[0002]
Fast all-optical switching of information, slower speeds only for network input and output terminals, the speed required is the speed of individual channels, not the speed of network throughput It is an essential element of a modern optical communication system that allows it to be saved. In the WDM system. Information is separated for its source and destination according to the wavelength of the particular optical signal being transferred, so the switch used in such a system must be able to automatically pass each signal according to its wavelength .
[0003]
J. Patel (J. Patel) named “frequency selective optical switch employing frequency dispersion element, polarization dispersion element, and polarization modulation element”, which is incorporated herein by reference in its entirety. ) Conventional to perform this function, such as that described in US Pat. No. 5,414,540 issued to others, and the apparatus described in the cited reference in that patent. There are many technical devices. However, most of these devices have one or more disadvantages in that they are complex to configure or match, or use expensive components. For example, the switch described in U.S. Pat. No. 5,414,540 has a wavelength dispersion element (not shown), such as a birefringent crystal, on its input side, as shown in FIG. A polarization dispersion element that shifts the beam polarization, a half-wave plate element, a light collection element, another polarization dispersion element such as another birefringent crystal, and a segmented liquid crystal polarization modulator. The same number of components is required on the output side. In the embodiment shown in FIGS. 1-4, the input elements are a polarization matching element (not shown) that provides a specific polarization direction for the input beam, a chromatic dispersion element, a focusing element, and a birefringent crystal, for example. And a segmented liquid crystal polarization modulator. Furthermore, the same components are required on the output side. Such a switch, in any of its embodiments, includes a large number of components and is therefore complex in construction.
[0004]
Accordingly, there is a need for a simple wavelength selective optical switch that employs a smaller number of individual components than that of current devices that are generally commercially available.
[0005]
The disclosures of each of the publications mentioned in this section and in other sections of the specification are also each incorporated herein in their entirety by reference.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
[Problems to be solved by the invention]
[0006]
The present invention seeks to provide a novel wavelength selective optical switch device which is simple in construction and uses few component parts and thus overcomes the disadvantages of previously marketed switches.
[Means for Solving the Problems]
[0007]
Therefore, according to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a wavelength selective switch in which the input optical signal is spatially wavelength-dispersed and polarization-divided in a plane oriented at two angles, preferably a vertical plane. The Preferably, chromatic dispersion is performed by a diffraction grating, and polarization splitting is performed by a polarizing beam splitter. A polarization rotator such as a liquid crystal polarization modulator that is pixel-processed along the chromatic dispersion direction so that each pixel operates in a separate wavelength channel passes through each pixel in accordance with a control voltage applied to that pixel. It acts to rotate the polarization of the optical signal. The polarization-modulated signal is then recombined and re-polarized by a diffusing element and a polarization combining element similar to those used to disperse and split the input signal, respectively. The direction of the resulting signal output depends on whether the polarization of a particular wavelength channel has been rotated by the polarization modulation pixel. Thus, a high speed, wavelength dependent optical switch is provided that can be used in WDM switching applications. According to a second preferred embodiment, by using a reflective surface in the plane of symmetry of the switch after the polarization modulator, the number of components in the switch is significantly reduced to approximately half that of the first embodiment. To be able to.
[0008]
According to another preferred embodiment of the present invention, a polarization splitting element that receives an input beam comprising a plurality of wavelengths and serves to split the input beam into spatially separate polarization elements, and polarization splitting of the input beam And each of the polarization-divided components of the beam acts to spatially disperse the wavelength components in a plane arranged at an angle with respect to the plane into which the polarization component is divided. A chromatic dispersion element and a polarization modulation element that has been pixel processed along a chromatic dispersion direction such that each pixel is associated with an individual wavelength, wherein each pixel of the polarization modulation element is in accordance with a control signal applied to that pixel. A polarization modulation element that acts to rotate the polarization direction of the beam passing through the pixel, and a beam output in a direction according to a control signal applied to the pixel. Wavelength-dependent switch comprising a reflective surface that acts to reflect the beam after the polarization modulation through the wavelength dispersion element and a polarization splitting element is provided further so that. The polarization modulation element may preferably be a liquid crystal element.
[0009]
According to yet another preferred embodiment of the invention, a first polarization splitting element that receives an input beam comprising a plurality of wavelengths and serves to spatially split the input beam into individual polarization components; Receives the polarization-divided components of the beam and spatially disperses each of the beam's polarization-divided components into wavelength components in a plane arranged at an angle to the plane in which the polarization component is split A first chromatic dispersion element that acts to cause a polarization modulation element that has been pixel processed along the direction of chromatic dispersion such that each pixel is associated with an individual wavelength, wherein each pixel of the polarization modulation element A polarization modulation element that acts to rotate the polarization direction of the beam passing through the pixel according to a control signal applied to the pixel and a polarization modulated component of the beam is received and received. A second chromatic dispersion element that acts to combine the wavelength components after passing through the pixels associated with those wavelengths into a single multi-channel beam, and receives the individual polarization components of the single multi-channel beam, and the polarization components A polarization combination element that acts as a single output in combination with each other, wherein each wavelength component of the output beam outputs in a direction according to a control signal applied to the wavelength related pixel. A type switch is provided. The polarization modulating element may preferably be a liquid crystal element.
[0010]
According to yet another preferred embodiment of the present invention,
(I) a polarizing beam splitter having first and second ports for receiving an input beam consisting of at least two wavelength components and operative to spatially split the input beam into beams of individual polarization components;
(Ii) Dispersion elements that receive beams of individual polarization components and operate to spatially disperse the wavelength components of each beam in a dispersion plane arranged at an angle with respect to the plane into which the polarization components are split When,
(Iii) a polarization modulation element that has been pixel processed along the direction of dispersion such that each pixel is associated with an individual wavelength component, wherein each pixel of the polarization modulation element is in accordance with a control signal applied to that pixel. A polarization modulation element that operates to rotate the polarization direction of the light rays passing through the pixel;
(Iv) Disperse the light after the polarization modulation so that each wavelength component of the light is guided to one of the two ports according to the control signal given to the pixel related to the wavelength. A wavelength dependent switch is provided that in turn includes an element and a reflective surface that operates to reflect through the polarizing beam splitter.
[0011]
In the aforementioned switch, the polarization modulation element may preferably be a liquid crystal element. Furthermore, the angle may be basically perpendicular to the plane into which the polarization component is divided. Furthermore, the individual polarization components are preferably two orthogonal components.
[0012]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, the switch is as described above, but also includes a circulator at each of the first and second ports, so that the switch is a control signal applied to the pixel associated with the wavelength. A switch is provided that acts to switch the wavelength component of a signal input through any circulator to output to any circulator.
[0013]
According to yet another preferred embodiment of the present invention,
(I) a polarizing beam splitter having a first input port for receiving an input beam having at least two waveform components and operative to spatially split the input beam into beams of individual polarization components;
(Ii) receiving a beam of individual polarization components and operating to spatially disperse the wavelength components of each beam in a dispersion plane arranged at an angle with respect to the plane into which the polarization components are split Distributed elements,
(Iii) a polarization modulation element that is pixel processed along a dispersion direction such that each pixel is associated with a separate wavelength component, wherein each pixel of the polarization modulation element is in accordance with a control signal applied to the pixel A polarization modulation element that operates to rotate the polarization direction of the light rays passing through the pixel;
(Iv) a second dispersive element operable to receive the rays and combine the individual wavelength components of each beam into a multi-wavelength beam;
(V) having two output ports for receiving each multi-wavelength beam, with polarization components such that each wavelength component is directed to one of the two output ports according to a control signal applied to the pixel associated with the wavelength; A wavelength dependent switch is provided that includes a polarizing beam combiner operable to couple.
[0014]
In the aforementioned switch, the polarization modulation element may preferably be a liquid crystal element. Further, the angle may be an angle that allows the dispersion plane to be basically perpendicular to the plane into which the polarization component is divided. Furthermore, the individual polarization components are preferably two orthogonal components.
[0015]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, a wavelength dependent switch as described above, and comprising a second input port arranged essentially perpendicular to the first input port, Therefore, a switch is provided that operates to switch the wavelength component of the signal input to one of the input ports to one of the output ports in accordance with a control signal applied to the pixel associated with the wavelength.
[0016]
The present invention will be understood and appreciated more fully from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings.
[Example 1]
[0017]
Reference is now made to FIGS. 1A and 1B, which schematically illustrate from a different field of view a wavelength selective optical switch constructed and operative in accordance with a first preferred embodiment of the present invention. FIG. 1A is a view of the device as viewed from one plane known as the polarization splitting plane, and FIG. 1B is preferably perpendicular to the first plane and is known as the wavelength dispersion plane. It is drawing of the same apparatus seen from. The operation of the wavelength selective optical switch can be understood by simultaneously referring to the signal paths shown in FIGS. 1A and 1B.
[0018]
An input optical signal 10 such as that obtained after being collimated from the end of the optical fiber 12 is input into a polarizing beam splitter (PBS) 14 shown in FIG. 1A as a split prism PBS. However, it should be understood that other suitable types of PBS may be used for this function. The PBS receives the input signal, preferably PY And PZIt is oriented to divide into two orthogonal directions marked with. However, PYIs in the plane of this page, PZAre outside the plane of the drawing in the illustrated embodiment. The positions of the x, y and z axes are defined in FIG. 1A. The two polarization components of the signal, also commonly known as the p and s components, are incident on a dispersive element such as the diffraction grating 16 in the illustrated embodiment. This grating has various wavelengths λ1, Λ2, ΛThree・ ・ ・ ・ ・ ・ ΛnActs to disperse in various directions according to their wavelength. The grating is aligned so that the chromatic dispersion direction shown in the plane of FIG. 1B is preferably shown in the plane of FIG. 1A and is perpendicular to the polarization splitting direction. Thus, the optical signal is now chromatically dispersed and polarization split in two different planes which are preferably perpendicular to each other. Although the gratings in the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B are transmissive gratings, it is understood by those skilled in the art that one or both of them can be equally reflective gratings. Similarly, in the embodiment shown in FIGS. 2A and 2B described below, a single grating may be a reflective grating.
[0019]
The dispersed components of the signal are then one pixel for each wavelength channel to be guided by the switch by a lens 18 positioned at a distance equal to the effective focal length from the diffraction grating. . . For example, the image is formed on a pixel-processed polarization rotation element 20 such as a liquid crystal device. Rays from each dispersed wavelength range are imaged onto individual pixels of the liquid crystal device as shown in FIG. 1B. For clarity, only two dispersed wavelengths are shown in FIG. 1B, but it should be understood that there can be as many wavelength channels as there are pixels. FIG. 1A shows a diagram of the switch as seen from the side, so the wavelength λ1Only one pixel 24 carrying the signal is shown. PzDirection and PyBoth components that are polarized in the direction pass through the pixel 24, but they are offset from each other in the lateral direction. The pixels are switched by a control voltage V applied through an array of transparent electrodes in the liquid crystal plane, as is known in passive matrix liquid crystal array technology. Alternatively, the liquid crystal array is preferably an active matrix type in which individual thin film transistors provide drive current for each individual pixel.
[0020]
After passing through the liquid crystal device 20, the optical signal is preferably imaged by the second condenser lens 30 on another dispersion grating 22 that is characteristically similar to the first grating 16. According to a preferred embodiment of the present invention, the polarization rotation elements are arranged so that the rear focal plane of the condenser lens 18 and the front focal plane of the lens 30 so that the overall assembly has a 4-f configuration for optimal optical performance. It is preferable to be located at. Although still spatially divided into two polarization components in the polarization dispersion plane, the grating 32 has various wavelengths λ coming from the respective chromatic dispersion directions.1, Λ2,λThree, ... λnTo recombine into a single beam path 34 in the chromatic dispersion plane. These polarization components are then input into a polarization beam combiner (PBC) 36, where the polarization components are recombined to form an output signal 42 that is collimated and switched before moving forward. It can be input into the fiber 44 for transmission.
[0021]
The switch is activated by activating a pixel of the liquid crystal device. By applying the required control voltage V to the pixel, the polarization passing through it will rotate, while deactivating the liquid crystal pixel will leave the polarization unchanged and allow the signal to pass through. To do. Thus, as shown in the preferred embodiment of FIG. 1A, the wavelength channel λ1If the associated pixel 24 of the liquid crystal device 20 is not energized, the polarization PyAnd PzAnd the reconstructed signal is output from the polarization beam combiner 36 into the fiber 44. For clarity, the output fiber 44 is not shown in FIG. 1B because it is positioned outside the plane of the drawing. It should be noted that the output beam 42 is directed perpendicular to the polarization of the input beam 10 even though the polarizations of the two components of the output beam 42 have not been changed by the liquid crystal. This condenses the beam through the liquid crystal device 20 by two lenses, and the two laterally polarized components of the beam intersect and thus change their mutual position, so that the two components This is because the polarization behaves as if it was rotated by the liquid crystal.
[0022]
However, if the pixel 24 of the liquid crystal device 20 is energized in such a way as to introduce a phase change π for both polarizations, the polarization PyAnd PzBut PyIs PzAnd polarization PzIs PyRotate to become When recombined in the polarization beam combiner 36 and taking into account the crossing of the beams because it is an imaging lens, the resulting signal exits in a direction 38 parallel to the entrance direction, and thus the second Input to the output fiber 40.
[0023]
Thus, the optical arrangement described above switches the liquid crystal pixel 24 to one of the two optical fibers 40, 44 by switching the wavelength λ.1Behaves as a 1 × 2 optical switch device capable of guiding the input signal 10 of By reversing the direction of operation of the switch, it is understood that it operates as a 2 × 1 switch, and the input to either of the fibers 40 and 44 is directed to the input fiber 12 according to the liquid crystal pixel settings.
[0024]
Each wavelength channel in FIG. 1B has its own liquid crystal pixel, and switching between them allows light of that wavelength to be input to one or the other of the output fibers. As described above, the switch guides the wavelength separation packet of the optical information into various paths according to the control voltage switching routine applied to the pixels to which various wavelengths of the liquid crystal device are designated. it can.
[0025]
It should be noted that the novel configuration and operation of the switch according to the invention allows the switch to be essentially polarization dependent in addition to any remaining polarization dependent loss that may be present in the grating or PBS. It is. Such a feature is important for use in fiber optic systems because the polarization of the signal transmitted by the fiber is totally randomized as is well known. The reason for this polarization dependence is that regardless of the polarization direction of the input signal, at the input 10 to the PBS, any input signal is P with respect to the PBS direction.yAnd PzCan be divided into two orthogonal components having polarization directions parallel to each other, each component being switched individually or not to output 42 or 38 depending on the state of the liquid crystal pixel for that wavelength. By recombining these two polarization components, the original signal is reproduced. If the input signal polarization direction happens to be PyAnd PzIs exactly parallel, it is understood that a ray having only one component of polarization traverses the switch.
[0026]
According to another preferred embodiment of the present invention, the second input fiber 50 is disposed at the input port located perpendicular to the polarizing beam splitter 14. After the input signal 48 from the second input fiber 50 passes through the polarizing beam splitter 14, the polarization is inverted from that shown in FIG. 1A. Thus, the upper passage shown in FIG.yIt has a polarization direction, while the lower passage is PzIt has a polarization direction. Thus, through the liquid crystal device, contrary to the effect on the input signal from the fiber 12, energizing the pixel sends the input signal from the fiber 50 to the fiber 44; Lead to. Thus, this preferred embodiment operates as a 2 × 2 optical switch network. A large switch network can be constructed by cascading such switches. As is clear from all of the above description, by using a fraction of the capabilities of the switch according to the present invention, it is possible to construct a 2X1, 1X2 or 1X1 switch, the last mentioned switch being a channel Useful as a blocker.
[0027]
According to yet another embodiment of the present invention, a half-wave plate 22 can be inserted in the vicinity of the liquid crystal device 24 to minimize polarization dependent loss (PDL). Such a half-wave plate rotates the polarization of the light beam passing therethrough by 90 degrees, so in the example shown in FIG.y Is PzOr vice versa. Thus, any difference in the polarization dependent loss experienced by the incident light while the switch system is also moving in the left part, i.e. before colliding with the half-wave plate, will exchange the polarization direction of the component polarized in the orthogonal direction, and Since the switch is generally symmetrical, it is corrected while passing the right part of the switch system. It should be noted that after passing through the half-wave plate, the polarization direction is reversed so that the output side of the non-energized pixel becomes port 40 and for the energized pixel becomes port 44. . Alternatively, any other polarization rotation element that preferably rotates the polarization direction by 180 degrees, such as a Faraday rotator, can be used in place of the half-wave plate for this purpose.
[0028]
Reference is now made to FIGS. 1C and 1D, which schematically illustrate a wavelength selective optical switch constructed and operative in accordance with two further preferred embodiments according to the present invention. The illustrated switch is a simplified embodiment of that shown in FIGS. 1A and 1B for use as a 1 × 2 or 2 × 1 switch. In the embodiment shown in FIG. 1C, the multi-wavelength input signal 10 is applied through a single input fiber 12 and is orthogonally polarized by the input PBS 14.yAnd PzIt is divided into. A half-wave plate 15 is positioned on one output side of the PBS and, in the illustrated embodiment, PyIngredient PzActs to rotate in the direction. Thus, in the illustrated embodiment, both polarization split channels are now the same polarization direction P.zhave. These components are then passed through a split grating 16 where the wavelength is dispersed in a dispersion plane (not shown) as shown in the embodiment of FIGS. 1A and 1B. However, unlike the previous embodiment, both signals now have the same polarization direction, thereby enabling the use of a highly efficient grating 16 and thus the previous embodiment of FIGS. 1A and 1B. A switch array having significantly lower insertion loss than that shown in FIG. After a polarization rotator and wavelength combination grating that operates to detect which wavelength signal polarization is switched and which wavelength signal is not switched, one of the polarization split channels is another half in its path. A single wavelength plate 33, in this embodiment PzThe polarization component is PyRotating back into the polarization component, so that the output PBS 36 can direct each signal along the path 38 or 42 to the detected output, depending on the state of the relevant pixel of the liquid crystal device. Since the polarization of the rays in both polarization dispersion planes of the switch is the same, a half-wave plate 22 is not required to correct for polarization dependent loss as shown in the embodiment of FIGS. 1A and 1B. .
[0029]
The embodiment shown in FIG. 1D is similar to the embodiment shown in FIG. 1C in that the switch is configured such that the liquid crystal polarization rotation element acts on parallel polarization signals. However, in the embodiment of FIG. 1D, the input signal 12 is divided into orthogonal polarization components, one of which is preferably half the wavelength of its output port, as is known in the art. YVO on board 17FourA birefringent crystal such as 13 is rotated to bring both components in parallel. Such devices, in an integrated form, are commercially available from several companies including JDSU-Casix in Fuzhou, China, and are known under the name Casix as C-polarizers. As a result, two spaces of the input signal that are similar to those generated in the embodiment of FIG. 1C, but use fewer components and are more simplified and use a more compact optical device. Shifted and parallel polarized elements are produced. The remainder of the 1X2 switch according to this preferred embodiment is identical to that described in connection with the embodiment of FIG. 1C.
[0030]
Reference is now made to FIG. 1E, which schematically illustrates yet another embodiment of a wavelength selective optical switch according to yet another preferred embodiment of the present invention. FIG. 1E overcomes the disadvantages associated with using a single half-wave plate 22 in close proximity to the liquid crystal element to eliminate polarization dependent loss (PDL) as shown in the embodiment of FIG. 1A. . In the embodiment of FIG. 1A, the PDL is effectively corrected as long as the liquid crystal is not switched. As soon as the pixel in use of the liquid crystal is switched, another 180 degree phase shift is introduced into the optical path, thereby negating the effect of the 180 degree phase shift introduced by the half-wave plate. Thus, PDL is no longer corrected when the switch is energized.
[0031]
In the switch of FIG. 1E, a small half-wave plate 41 is inserted into the path of the upper polarization split beam exiting the input PBS 14 so that in the illustrated example the polarization is PzTo PyUntil rotated. Both modified dispersion channels then have the same polarization direction PyThus traversing the switch path without generating essentially different PDL levels. At the output PBS 36, a similar half-wave plate 43 is inserted into the same channel as that having a half-wave plate on the input side, thereby outputting as in the original embodiment shown in FIG. 1A. The polarization direction is PzReturn to. Since both beams traverse the liquid crystal in the same polarization direction and without any additional half-wave plate in the vicinity, switching the liquid crystal pixel has no effect on the PDL correction of the channel. The only difference in transmission between the two liquid crystal states is that the transmission efficiency of the input through the fiber 12 is P in both gratings.zIn relation to insertion loss, the transmission efficiency of fiber 50 is P for both gratings.ySince it is related to the insertion loss, it is the difference caused by the difference in grating efficiency for the two polarization states. This difference is much smaller than the PDL difference.
[0032]
The same applies to all of the embodiments described below, but it is necessary to state that for the preferred embodiment shown in FIGS. 1C to 1E, the drawing shows only a polarization splitting plane. This is mainly because this is the difference between these embodiments as shown in FIG. 1A. However, each drawing from FIG. 1C to FIG. 7 corresponds to that similar to that shown in FIG. 1B oriented at an angle that is generally perpendicular to the polarization splitting plane shown in FIG. 1C to FIG. It should also be understood that there is also a chromatic dispersion plane.
[Example 2]
[0033]
Reference is now made to FIGS. 2A and 2B, which schematically illustrate a reflective wavelength selective optical switch constructed and operative in accordance with yet another preferred embodiment of the present invention. FIG. 2A is a view of the apparatus viewed from the polarization splitting plane, and FIG. 2B is a view of the same apparatus viewed from the wavelength dispersion plane. In the embodiment of FIGS. 2A and 2B, a reflective surface 60 is added behind the liquid crystal device 20 so that the polarized components of the beam are returned along their incident paths. Thus, this embodiment is similar to FIG. 1A except that the symmetry of the device is used on each side of the polarization rotation element to simplify the structure and further reduce the number of components used. And the structure is similar to the embodiment of FIG. 1B. 2A and 2B, the reflective surface 60 is shown as a separate device, but according to another embodiment, the reflective surface can be attached to the back side of the liquid crystal device 20. Other components in the embodiment of FIGS. 2A and 2B have the same reference numerals as in FIGS. 1A and 1B, but generally the incident signal is essentially the same as in FIGS. 1A and 1B. It has the function of Further, regarding the output signal, after passing through the liquid crystal device 20 and reflected from the reflecting surface 60 shown in FIGS. 2A and 2B, these elements pass through the liquid crystal device 20 shown in FIGS. 1A and 1B. 1A and 1B has the same function as that of the output signal. Thus, for example, the diffraction grating 16 acts on both chromatic dispersion of the input signal and wavelength coupling of the output signal. Similarly, a single imaging lens 18 images the input signal from the grating 16 on the plane of the liquid crystal element 20 and images the output signal from the plane of the liquid crystal element confocally on the grating 16.
[0034]
The input signal polarization beam splitter 14 also acts as a polarization beam combiner for the output signal. However, unlike the embodiment of FIGS. 1A and 1B, both the input and output signals pass through this same element, so both the input and output fibers must be connected to this element, and the output signal to the input signal A means for separating is provided. This is accomplished by adding circulators 54 and 56 at the port of polarizing beam splitter / combiner 14 in the embodiment shown in FIGS. 2A and 2B. The circulator 56 is not shown in FIG. 2B because it is located perpendicular to the plane of the drawing and below the polarizing beam splitter / combiner 14.
[0035]
A signal having a wavelength desired to be switched is input from the fiber 12 to the port A of the circulator 54. Since the propagation direction of the circulator shown in the preferred embodiment of FIG. 2A is counterclockwise, the signal exits the circulator at the port B fiber and is collimated by the lens at the end of the fiber, and the polarization beam splitter / combiner 14 Enter. A specific wavelength channel, for example λ in the illustrated embodiment1On the other hand, if the pixel 24 for that channel is not energized, the polarization of the signal component remains unchanged, but the position of the polarization component for the imaging process on the pixel of the liquid crystal device. So that after reflection and polarization recombination, the signal returns to port B of circulator 56, which then outputs the signal to output fiber 58 via port C. On the other hand, if the wavelength channel λ1If the pixel 24 associated with is activated and produces a phase difference of π / 2, the signal is inverting its polarization component so that it is recombined in the polarization beam splitter / combiner 14. The light is collected by a collimation lens and output to port B of the circulator 54, from there to port C and to the fiber 52. Thus, the wavelength λ1The input signal in fiber 12 having can be switched between output fibers 58 and 52 according to the control voltage setting of pixel 24. Similarly, any other wavelength within the dispersive element 16 can be switched by a control voltage applied to the appropriate pixels 24, 26, 28,.
[0036]
According to another preferred embodiment of the present invention, a second input fiber 50 is disposed at input port A of circulator 56 and the signal is input from port B to polarizing beam splitter / recombiner 14. Returning from the round trip through the switch, the signal is routed either to fiber 52 if the associated pixel is not activated, or to fiber 58 if the pixel is activated. . Thus, like the embodiment of FIGS. 1A and 1B, this embodiment can also be used as a 2 × 2 optical switch network.
[0037]
According to yet another embodiment of the present invention, the input and output signals can be separated by using a dual fiber collimator instead of the circulator shown in the embodiment of FIGS. 2A and 2B. Such an embodiment is shown in FIG. 3, where only the input side to the PBS is shown. The first channel of the 2 × 2 switch network has a duplex fiber collimator 62 with an input fiber 66 and an output fiber 67. The second channel of the 2X2 switch network has a dual beam collimator 64 with an input fiber 68 and an output fiber 69. Otherwise, the operation of the switch is similar to that using a circulator, as shown in FIGS. 2A and 2B.
[0038]
In accordance with another preferred embodiment of the present invention, a quarter wave plate 23 is added in juxtaposition to the polarization modulation element 24 to reduce the PDL of the reflective switch shown in FIGS. 2A and 2B. Can do. Since the beam traverses twice through this quarter wave plate, its action is the same as that of the half wave plate 22, as described above with respect to FIGS. 1A and 1B. Alternatively, any other polarization rotation element that rotates the polarization direction by 90 degrees, such as a Faraday rotator, can preferably be used for this purpose instead of a quarter wave plate. .
[0039]
Reference is now made to FIG. 4A, which schematically illustrates a multi-channel wavelength selective switch module according to yet another embodiment of the present invention. In the embodiment shown in FIG. 4, a pair of 2 × 2 switches are stacked on top of each other, with a common dispersive element 70, but separate condenser lenses 72, 73, 74, 75 and a common wavelength coupling element 78. Is similar to the embodiment shown in FIGS. 1A and 1B, except that it is preferred to utilize. Each switch utilizes a unique liquid crystal array 76, 77 to allow independent operation for the two switches. Thus, such an embodiment allows a more compact and economical component device to be configured in a single package. Alternatively, it is preferred that a single liquid crystal array can be used, as indicated by the dotted line joining the two “portions” 76, 77 of a single element.
[0040]
Reference is now made to FIG. 4B, which schematically illustrates another preferred embodiment of the wavelength selective switch module of the present invention. The switch array shown in FIG. 4B is in half of the multi-channel embodiment of FIG. 1A or FIG. 4A, except that a multi-fiber collimator is used on each input and output side instead of a single fiber collimator. Similar to what is shown. In the preferred embodiment shown in FIG. 4B, a triple fiber collimator 79 is shown constructed by having three fibers in the same ferrule in front of the collimator lens of the collimator. Such an embodiment allows the switch to act as a multiple parallel wavelength selective switch that is useful in providing switching capability with channel redundancy, as is known in the art. Such multiple parallel applications are shown for the switching application shown in FIG. 4B, but whether or not transmissive or reflective, and as a single switch or a stacked array of switches. It should be understood that it can be used in any of the switch applications shown in the other embodiments described herein, whether configured or not.
[0041]
Reference is now made to FIG. 5, which is a schematic diagram of another multi-channel wavelength selective switch according to another preferred embodiment of the present invention. This switch differs from that shown in FIG. 4A in that a single liquid crystal array 84 is used for all wavelength channels in both the common condenser lenses 80 and 82 and the individual switches. . This further increases the economics of the components used in the switch.
[0042]
As shown in the transmissive embodiment of FIGS. 4A, 4B and 5, switch stacking can also be performed in the reflective wavelength selective switch embodiment shown in FIGS. 2A and 2B. Such a stacked switch module is shown in FIG. 6, where some of the switch's actuating elements, such as the grating 90 and the reflective liquid crystal element 94, are common. In order to maintain a flat shape in the plane of the reflective liquid crystal, separate condenser lenses 92 and 93 are required. As in the transmissive embodiment, individual polarizing beam splitters 96, 98 are used to input and output signals. In the preferred embodiment of the reflective switch array shown in FIG. 6, the input and output beams of each channel are separated by a duplex fiber collimator 95, as shown in FIG. 3, and a circulator is used. The difference between what is shown in 2B and this preferred aspect of these examples is shown. It should be understood that such a stacked switch module can also be constructed with fewer components and common components, similar to the embodiment shown in FIG. 4A.
[0043]
Reference is now made to FIG. 7, which schematically illustrates another reflective multi-channel wavelength selective switch, according to yet another embodiment of the present invention. This switch differs from that shown in FIG. 6 in that the condenser lens 102 is also common to both channels. In order to achieve an accurate reflective action in this embodiment, the reflective surface 106 associated with the liquid crystal element 104 is formed into a concave shape having a radius of curvature equal to the focal length of the lens 102, thereby collecting the reflective surface by the lens. Preferably, any light beam that is emitted is returned along the entrance path. In order to maintain the correct light incident angle so that this occurs independently for each channel, the PBSs 96, 98 operating as incident and light receiving devices are refracted through the lens 102 before the incident beam is reflected. It is necessary to align at an angle that is guided onto the concave reflecting surface 106 at an accurate angle and collides at spatially different positions. If the PBS is axially aligned, the beam is essentially focused at the same point and cannot be controlled independently by the liquid crystal element 104.
[0044]
In the preferred embodiment shown in FIG. 7, the grating 100 is shown as a transmissive grating with PBSs 96, 98 located at the positions shown in FIG. Alternatively, a reflective grating may be used, in which case the PBS is preferably positioned so that the input and output beams of each channel are directed along the direction indicated by arrows 18,109.
[0045]
In the above-described embodiment of the present invention, the pixel is energized when a voltage is applied and the pixel rotates its polarization direction, or is not energized when no voltage is applied, and the polarization of the traversing light beam is not affected. It is described as a thing. In practice, this explanation is an ideal explanation, which is generally a slight polarization rotation in the traversing light signal due to the basic birefringence of the liquid crystal material, even if no drive voltage is applied. Because there is. Thus, in general, a non-energized state is provided when a polarization rotation of 2nπ is obtained assuming that n is an integer that does not include zero, even if the state requires application of a voltage to the element. It is understood to mean the state to be done. The “voltage” required to energize the element is the difference in voltage required between the non-energized state and the energized state. Furthermore, the voltage required to switch an element is a function of the wavelength of the light beam being switched, so the switch controller provides an accurate switching voltage for each pixel according to the wavelength of the light beam traversing that pixel. It is preferable to be programmed as follows.
[0046]
In FIG. 1A, FIG. 1B, FIG. 2A, and FIG. 2B, the light beam is shown as having a finite width only within the dispersion limits of the switch to show the focusing effect through the liquid crystal element. For the passage of input and output elements including PBS, the beam is drawn as a single line through only the center of the beam for clarity. As such, the width of the beam does not mean that it should be understood from the drawing that it changes as it passes through the dispersive element.
[0047]
While the preferred embodiment of the wavelength selective switch has been described using a liquid crystal element as the polarization rotation element, the present invention also employs any other suitable type of controlled polarization rotation element known in the art. Are understood to be equally operable. Similarly, although gratings have been used as chromatic dispersion elements, it will be understood that the present invention is equally operable using any other type of chromatic dispersion element. Similarly, optical fibers have been shown to represent input and output means for optical signals, but this is the most common medium for transferring optical information, and the present invention It will be understood that it is not intended to be limited to this type of input and output means.
[0048]
Those skilled in the art will appreciate that the present invention is not limited to what has been particularly shown and described hereinabove. Rather, the scope of the present invention is the combination of the various features and details described above, and those skilled in the art will be able to conceive from reading the above description and those modifications not included in the prior art. It also includes modifications.
[Brief description of the drawings]
[0049]
1A schematically illustrates different views of a wavelength selective optical switch constructed and operative in accordance with a first preferred embodiment of the present invention, as viewed from the polarization splitting plane.
FIG. 1B is a drawing of the same device as that of FIG. 1A as viewed from the chromatic dispersion plane perpendicular to the polarization splitting plane.
FIG. 1C schematically illustrates an example of a simple adaptation of the 2X2 switch shown in FIGS. 1A and 1B so that it can be used as a 1X2 switch or as a 2X1 switch when used in the opposite direction.
1D schematically shows an example of a simple adaptation of the 2X2 switch shown in FIGS. 1A and 1B so that it can be used as a 1X2 switch or as a 2X1 switch when used in the opposite direction.
FIG. 1E schematically illustrates yet another embodiment of a wavelength selective optical switch according to another preferred embodiment of the present invention in which polarization dependent loss is corrected for any position of the switch.
FIG. 2A schematically illustrates a wavelength selective optical switch constructed and operative in accordance with another preferred embodiment of the present invention that uses reflective surfaces to reduce the size and complexity of the switch.
FIG. 2B schematically illustrates a wavelength selective optical switch constructed and operative in accordance with another preferred embodiment of the present invention that uses reflective surfaces to reduce the size and complexity of the switch.
FIG. 3 schematically illustrates the use of a dual fiber collimator as an input / output device in the embodiment shown in FIGS. 2A and 2B.
FIG. 4A schematically illustrates a stacked, multi-channel wavelength selective switch using a common dispersive element, according to yet another preferred embodiment of the present invention.
FIG. 4B schematically illustrates a multiple parallel wavelength selective switch with multiple inputs and outputs, where multiple input and output fibers use the same optical element.
FIG. 5 is a stacked, multiple parallel channel wavelength selection similar to that shown in FIG. 4A, but also using a common focus lens and a common liquid crystal element, according to yet another preferred embodiment of the present invention. The switch is shown schematically.
FIG. 6 schematically illustrates a stacked, multi-channel, reflective wavelength selective switch according to yet another preferred embodiment of the present invention using a common diffraction grating, a focus lens and a liquid crystal element.
7 schematically shows a reflective wavelength selective switch similar to that shown in FIG. 6, but also using a common focus lens for both channels.
[Explanation of symbols]
[0050]
10 Input optical signal
12,50 optical fiber
14, 36 Polarizing beam splitter
15, 22, 33, 41 1/2 wavelength wave
16, 32 Diffraction grating
18,30 lens
20 Polarization rotating element
22 Half-wave plate
23 Quarter-wave plate
24, 26, 28 pixels
40, 44, 50, 66, 67 Optical fiber
42,48 beams
54, 56 Circulator
60 reflective surface
62 Duplex fiber collimator
70 Distributed elements
72, 73, 74, 75 lenses
76,77 LCD array
78 coupling elements
79 Triple Fiber Collimator
80,82 lens
84 Liquid crystal array
90 lattice
92,93 lenses
94 Liquid crystal elements
95 Collimator
96, 98 Beam splitter

Claims (19)

少なくとも二つの波長成分を有する入力ビームを受け取る第一の入力ポートを有し、前記少なくとも一本の入力ビームを個別の偏光成分を有するビームに空間的に分割するように作動する偏光ビームスプリッタと、
個別の偏光成分の前記ビームを受け取り、前記偏光成分が分割される平面に対してある角度をつけて配置された分散平面において前記偏光成分のビームの各々の前記波長成分を空間的に分散させるよう作動する第一の分散要素と、
各々の前記個別の偏光成分の前記ビームの前記波長成分を受け取る第一の集光要素と、
各ピクセルが個別の波長成分と関連するように全体的に分散方向に沿ってピクセル処理された偏光変調要素であって、該偏光変調要素の各ピクセルが該ピクセルに付与された制御信号に従って前記ピクセルを通過する光線の偏光方向を回転させるよう作動する偏光変調要素と、
前記偏光変調要素を通過した後前記光線を受け取る第二の集光要素と、
前記第二の集光要素から光線を受け取り、各々の前記ビームの前記個別の波長成分を結合してマルチ波長ビームとするよう作動する第二の分散要素と、
前記マルチ波長ビームの各々を受け取るための２個の出力ポートを有し、前記入力ビームの各波長成分が前記波長と関連した前記ピクセルに付与された制御信号に従って前記２個の出力ポートの一方まで導かれるように前記個別の偏光成分を結合させるよう作動する偏光ビーム結合器とを順に含むことを特徴とする波長依存型スイッチ。A polarizing beam splitter having a first input port for receiving an input beam having at least two wavelength components and operative to spatially split the at least one input beam into beams having individual polarization components;
Receiving the beams of individual polarization components and spatially disperse the wavelength components of each of the polarization component beams in a dispersion plane arranged at an angle to a plane into which the polarization components are split. A first dispersion element that operates;
A first focusing element that receives the wavelength component of the beam of each individual polarization component;
A polarization modulation element that is pixel-processed generally along the dispersion direction such that each pixel is associated with an individual wavelength component, wherein each pixel of the polarization modulation element is in accordance with a control signal applied to the pixel; A polarization-modulating element that operates to rotate the polarization direction of the light beam passing through
A second light collecting element for receiving the light beam after passing through the polarization modulating element;
A second dispersive element operative to receive light from the second focusing element and combine the individual wavelength components of each of the beams into a multi-wavelength beam;
Two output ports for receiving each of the multi-wavelength beams, each wavelength component of the input beam up to one of the two output ports according to a control signal applied to the pixel associated with the wavelength A wavelength dependent switch comprising, in turn, a polarization beam combiner that operates to combine the individual polarization components to be guided. 前記偏光変調要素が液晶要素であることを特徴とする請求項１に記載の波長依存型スイッチ。2. The wavelength dependent switch according to claim 1, wherein the polarization modulation element is a liquid crystal element. 前記角度が、前記偏光要素が分割される前記平面に対して前記分散平面が基本的に直角であるようなものであることを特徴とする請求項１に記載の波長依存型スイッチ。2. A wavelength dependent switch according to claim 1, wherein the angle is such that the dispersion plane is essentially perpendicular to the plane into which the polarizing element is divided. 前記個別の偏光成分が二つの直交する成分であることを特徴とする請求項１に記載の波長依存型スイッチ。The wavelength-dependent switch according to claim 1, wherein the individual polarization components are two orthogonal components. 前記偏光スプリッタがまた、第二の入力ポートを含み、そのため前記スイッチ信号の入力の波長成分を、前記波長成分と関連した前記ピクセルに付与された制御信号に従って前記第一および前記第二の入力ポートのいずれかへ入力された信号出力ポートのいずれかへ切り替えるよう作動することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の波長型依存スイッチ。The polarization splitter also includes a second input port, so that the wavelength component of the input of the switch signal is the first and second input ports according to a control signal applied to the pixel associated with the wavelength component. 5. The wavelength type dependent switch according to claim 1, wherein the wavelength type dependent switch operates to switch to any one of the signal output ports input to any one of the above. 前記偏光変調要素に対して並置して配置され、前記スイッチにおける波長依存損失を減少させるよう作動する二分の一波長板をまた含むことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の波長依存型スイッチ。6. A half-wave plate also disposed in juxtaposition with the polarization-modulating element and operative to reduce wavelength dependent losses in the switch. The described wavelength-dependent switch. 前記偏光ビームスプリッタから出てくる個別の偏光成分を有する前記ビームの中の一本の通路に配置された第一の二分の一波長板と、前記偏光ビーム結合器へ入る個別の偏光成分を有する前記ビームの別の一本の通路に配置された第二の二分の一波長板をまた含み、そのため前記スイッチにおける偏光依存損失を減少させることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の波長依存型スイッチ。A first half-wave plate disposed in a single path in the beam having an individual polarization component coming out of the polarization beam splitter; and an individual polarization component entering the polarization beam combiner 6. The method of claim 1, further comprising a second half-wave plate disposed in another path of the beam, thereby reducing polarization dependent loss in the switch. The wavelength-dependent switch according to item. 前記入力ビームの少なくとも一本がマルチファイバコリメータによって前記スイッチに入力され、そのため前記スイッチが多重並列波長選択スイッチとして作動することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の波長依存型スイッチ。6. A wavelength according to claim 1, wherein at least one of the input beams is input to the switch by a multi-fiber collimator, so that the switch operates as a multiple parallel wavelength selective switch. Dependent switch. 請求項１から８までのいずれか１項に記載に波長依存型スイッチを複数個含み、前記波長依存型スイッチの少なくとも２個が分散要素、集光要素および偏光変調要素の少なくとも１個の共通するものを利用していることを特徴とする波長依存型スイッチ。A plurality of wavelength dependent switches according to any one of claims 1 to 8, wherein at least two of the wavelength dependent switches are common to at least one of a dispersion element, a condensing element, and a polarization modulation element. A wavelength-dependent switch characterized by the use of something. 少なくとも二つの波長成分を含む少なくとも一本の入力ビームを受け取る第一と第二のポートを有し、前記の少なくとも一本の入力ビームを個別の偏光成分のビームへ空間的に分割するよう作動する偏光ビームスプリッタと、
前記の個別の偏光成分のビームを受け取り、前記偏光成分が分割される平面に対してある角度をつけて配置されている分散平面において各々の前記の個別の偏光成分のビームの前記波長成分を空間的に分散させるよう作動する分散要素と、
各々の前記の個別の偏光成分のビームの前記波長成分を受け取る集光要素と、
前記ピクセルが個別の波長成分と関連するように全体的に分散方向に沿ってピクセル処理された偏光変調要素であって、該偏光変調要素の各ピクセルが該ピクセルに付与された制御信号に従って、前記ピクセルを通過する光線の偏光方向を回転させるよう作動する変更変調要素と、
前記のピクセル処理した偏光変調要素、前記集光要素、前記分散要素および前記偏光ビームスプリッタを通して順次前記光線を反射するよう作動し、そのため前記光線の各波長成分が前記波長と関連した前記ピクセルに付与された制御信号に従って前記第一と第二のポートの一方へ出力されるようにする反射面とを順に含むことを特徴とする波長依存型スイッチ。A first and a second port for receiving at least one input beam comprising at least two wavelength components, and operative to spatially divide said at least one input beam into separate polarization component beams; A polarizing beam splitter;
Receiving the beams of the individual polarization components and spatially separating the wavelength components of the beams of the individual polarization components in a dispersion plane arranged at an angle with respect to a plane into which the polarization components are divided Dispersive elements that act to disperse automatically,
A condensing element that receives the wavelength component of the beam of each individual polarization component;
A polarization modulation element that is pixel-processed generally along the dispersion direction so that the pixel is associated with an individual wavelength component, wherein each pixel of the polarization modulation element is in accordance with a control signal applied to the pixel; A modified modulation element that operates to rotate the polarization direction of light rays passing through the pixel;
Operative to reflect the light beam sequentially through the pixelated polarization modulating element, the light collecting element, the dispersive element and the polarizing beam splitter so that each wavelength component of the light beam is applied to the pixel associated with the wavelength A wavelength-dependent switch comprising a reflective surface for sequentially outputting to one of the first and second ports in accordance with the control signal. 前記偏光変調要素が液晶要素であることを特徴とする請求項１０に記載の波長型依存スイッチ。The wavelength type dependent switch according to claim 10, wherein the polarization modulation element is a liquid crystal element. 前記角度が、前記偏光成分が分割される前記平面に対して前記分散平面が基本的に直角であるようなものであることを特徴とする請求項１０に記載の波長依存型スイッチ。11. The wavelength dependent switch according to claim 10, wherein the angle is such that the dispersion plane is basically perpendicular to the plane into which the polarization component is divided. 前記個別の偏光成分が二つの直交する成分であることを特徴とする請求項１０に記載の波長依存型スイッチ。The wavelength-dependent switch according to claim 10, wherein the individual polarization components are two orthogonal components. 前記第一と第二のポートの少なくとも一方に配置されたサーキュレータを更に含み、そのため前記第一と第二のポートの少なくとも一方における前記入力ビームが前記第一と第二のポートの少なくとも一方へ出力される光線から分離されることを特徴とする請求項１０に記載の波長依存型スイッチ。A circulator disposed in at least one of the first and second ports, so that the input beam in at least one of the first and second ports is output to at least one of the first and second ports; The wavelength-dependent switch according to claim 10, wherein the wavelength-dependent switch is separated from the reflected light. 前記第一と第二のポートの少なくとも一方に配置された複式ファイバコリメータを更に含み、そのため前記第一と第二のポートの少なくとも一方における前記入力ビームが前記第一と第二のポートの少なくとも一方へ入力される光線から分離されることを特徴とする請求項１０に記載の波長依存型スイッチ。A fiber optic collimator disposed in at least one of the first and second ports, so that the input beam at at least one of the first and second ports is at least one of the first and second ports; The wavelength-dependent switch according to claim 10, wherein the wavelength-dependent switch is separated from a light beam input to the light source. 請求項１０から１５までのいずれか１項に記載の波長依存型スイッチを複数個含み、前記波長依存型スイッチの中少なくとも２個が、分散要素と、集光要素と、偏光変調要素の少なくとも１個において共通のものを利用することを特徴とする波長依存型スイッチモジュール。A plurality of wavelength dependent switches according to any one of claims 10 to 15, wherein at least two of the wavelength dependent switches are at least one of a dispersion element, a condensing element, and a polarization modulation element. A wavelength-dependent switch module characterized by using a common module. 前記の少なくとも一本の入力ビームが一本の入力ビームからなり、そのため前記スイッチは１Ｘ２スイッチとして作動することを特徴とする請求項１０から１５までのいずれか１項に記載の波長依存型スイッチ。16. A wavelength dependent switch according to any one of claims 10 to 15, wherein the at least one input beam comprises a single input beam, so that the switch operates as a 1X2 switch. 前記の少なくとも一本の入力ビームが二本の入力ビームからなり、そのため前記スイッチが２Ｘ２スイッチとして作動することを特徴とする請求項１０から１５までのいずれか１項に記載の波長依存型スイッチ。16. A wavelength dependent switch according to any one of claims 10 to 15, wherein the at least one input beam comprises two input beams, so that the switch operates as a 2X2 switch. 前記偏光変調要素に対して並置して配置され、前記スイッチにおける偏光依存損失を減少させるよう作動する四分の一波長板を更に含むことを特徴とする請求項１０から１５までのいずれか１項に記載の波長依存型スイッチ。16. A quarter wave plate further disposed in juxtaposition with the polarization modulation element and operative to reduce polarization dependent loss in the switch. A wavelength-dependent switch described in 1.
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